CN104714581B - 基于变压器的星载相机供电系统 - Google Patents

Abstract

基于变压器的星载相机供电系统，涉及一种星载相机供电系统，解决现有星载相机设备中DC/DC模块一次电源和二次电源回线未能隔离，导致DC/DC模块的输入和输出级相互干扰，易对后级造成损伤等问题，单独采用小功率DC/DC模块对磁保持继电器线圈进行供电，保证供电系统状态切换的正确；采用DC/DC模块直接接入供电电路，通过控制其使能端禁止输出，避免在系统上电后DC/DC的接入引起供电电路的浪涌；采用变压器结合三极管及RC充放电电路对DC/DC的工作使能端进行隔离控制根据回流面积最小原则对供电系统的共地进行了限定提出采用两单输出正压的DC/DC模块组合形成输出稳定的正负双输出DC/DC模块。

Description

基于变压器的星载相机供电系统

技术领域

本发明涉及一种星载相机供电系统，具体涉及一种基于变压器的星载相机供电系统。

背景技术

为保证继电器开关的可靠工作，磁保持继电器线圈的工作电压偏差要求不超过10％，而多星上设备同时启动可能引起供电电源波动大，超过磁保持继电器的正常工作范围，影响继电器寿命或导致继电器无法可靠进行开关操作。通常需要对DC/DC模块的输出状态进行控制，其控制信号的参考地为一次电源地，而其控制信号的参考地通常为二次电源地；可实现隔离控制的光耦器件电流传输比受温度、辐照等因素影响大，在航天设备上禁止使用，故现今的星载设备中DC/DC模块一次电源和二次电源地未能隔离，导致DC/DC模块的输入和输出级相互干扰，特别是针对供电波动大的电源，后对后级负载产生很大的干扰甚至造成损伤。现今主流的双输出电源模块正负电源负载不一致(通常是正电源负载电流大负电源电流小)时输出负压出现漂移(负电源的输出电压绝对值高于额定值)可能造成设备损坏问题；最近新推出的双输出电源模块的输出电压不随负载出现漂移，但输出的正负最大功率一致，不能满足多数双电源正电源功率大负电源功率小的应用要求。另外对于星上不同的负载，为保证相互通信的等电位需要把二次电源回线进行等电位连接，但随负载特性的不同其共地方式也不同，必须进行区分。

发明内容

本发明为解决现有星载相机设备中DC/DC模块一次电源和二次电源回线未能隔离，导致DC/DC模块的输入和输出级相互干扰，易对后级造成损伤；且现有双输出DC/CDC模块最大输出的正负功率一致，不能满足多数双电源正电源功率大负电源功率小的应用要求；对于星上不同负载需要二次电源回线进行等电位连接等问题，提供一种基于变压器的星载相机供电系统。

基于变压器的星载相机供电系统，包括熔断器、浪涌抑制器、EMI滤波器和DC/DC模块组，一次输入电源经熔断器、浪涌抑制器、EMI滤波器和DC/DC模块组为相机负载供电，通过相机负载主控制器内部的控制电路提供控制信号控制DC/DC模块组中的DC/DC模块工作，所述控制电路包括三极管Q1、三极管Q2、电容C1、二极管D4、变压器T1、电阻R3和电阻R4；所述三极管Q2的集电极与变压器T1的初级线圈的一端连接；变压器T1的初级线圈的另一端与初级供电电压VCC连接；三极管Q2的发射极与二次电源的回线O_COM连接；所述变压器T1的次级线圈的一端与一次电源回线INCOM连接，变压器T1的次级线圈的另一端与二极管D4的正极连接；二极管D4的负极同时与电阻R3、电阻R4以及电容C1的一端连接，电阻R4和电容C1的另一端与一次电源回线INCOM连接；电阻R3的另一端与三极管Q1的基极连接；三极管Q1的发射极与一次电源回线INCOM连接；三极管Q1的集电极与DC/DC模块的使能控制端INH连接；在DC/DC模块内，二极管D1的负极与DC/DC模块的使能控制端INH连接；二极管D1的正极同时与电阻R1的一端以及二极管D2的正极连接；电阻R1的另一端与一次输出电源VCCIN连接；二极管D2的负极与稳压二极管D3的负极连接；稳压二极管D3的正极与一次电源回线INCOM连接；

所述变压器T1线圈的传输比为1：n，要求初级供电压 $VCC>\frac{R3(V_S-V_{D1})}{nR1\mathrm{\β}}+\frac{V_{D2}}{n},$ 并且 $\frac{VCC}{2nr}>\frac{V_S-V_{D1}}{R1\mathrm{\β}}+\frac{R3(V_S-V_{D1})}{R1\mathrm{\β}R4}+\frac{V_{D2}}{R4},$ 式中，β为三极管Q1的放大倍数，V_S为输入电源VCCIN的电压，V_D1为二极管D1的导通压降，V_D2为三极管Q1的发射结导通压降，r为变压器初级线圈的直流电阻，n为大于等于1的正整数；

所述控制电路控制DC/DC模块的工作过程为：当控制电路产生的ON_OFF信号保持恒定低电平时，三极管Q2截止，电容C1上无电压，三极管Q1截止，DC/DC模块工作；当控制电路产生的ON_OFF信号为交替变化的高低电平时，三极管Q2处于开关状态，变压器T1的次级线圈通过二极管D4对电容C1进行充电，当电容C1上的电压上升到高于时，三极管Q1饱和，则DC/DC模块停止工作，禁止输出电压；所述三极管Q1的集电极电压低于DC/DC模块使能控制端INH的门限电压V_th。

本发明的有益效果：

1、针对多星上设备同时启动导致供电电源波动大的特点，单独采用一小功率DC/DC模块对磁保持继电器线圈进行供电，保证供电系统状态切换的稳定可靠。

2、采用DC/DC模块在其所在的电路接入时直接接入供电电路，通过控制其使能端禁止输出，避免在系统上电后DC/DC的接入引起供电电路的浪涌；采用变压器、三极管结合RC去抖电路对DC/DC的工作使能端进行隔离控制。

3、根据回流面积最小原则对供电系统内部的共地进行限定，减小系统内部的相互干扰。

4、根据具体的负载电流来进行电源模块的配置，克服现今双输出电源模块正负DC/DC负载不一致时输出负压出现漂移可能造成设备损坏问题，和新推出的双输出DC/CDC模块最大输出的正负功率一致，不能满足多数双电源正电源功率大负电源功率小的应用要求。

附图说明

图1为本发明所述的一种基于变压器的星载相机供电系统的框图；

图2为本发明所述的一种基于变压器的星载相机供电系统中控制DC/DC模块的控制电路原理图；

图3为本发明所述的一种基于变压器的星载相机供电系统中DC/DC模块为双输出电源配置框图。

具体实施方式

具体实施方式一、结合图1至图3说明本实施方式，基于变压器的星载相机供电系统，包括熔断器、浪涌抑制器、EMI滤波器和DC/DC模块组，一次输入电源经熔断器、浪涌抑制器、EMI滤波器和DC/DC模块组为相机负载供电，通过相机负载主控制器内部的控制电路提供控制信号控制DC/DC模块组中的DC/DC模块工作，所述控制电路包括三极管Q1、三极管Q2、电容C1、二极管D4、变压器T1、电阻R3和电阻R4；所述三极管Q2的集电极与变压器T1的初级线圈的一端连接；变压器T1的初级线圈的另一端与初级供电电压VCC；三极管Q2的发射极与二次电源的回线O_COM连接；所述变压器T1的次级线圈的一端与一次电源回线INCOM连接，变压器T1的次级线圈的另一端与二极管D4的正极连接；二极管D4的负极同时与电阻R3、电阻R4以及电容C1的一端连接，电阻R4和电容C1的另一端与一次电源回线INCOM连接；电阻R3的另一端与三极管Q1的基极连接；三极管Q1的发射极与一次电源回线INCOM连接；三极管Q1的集电极与DC/DC模块的使能控制端INH连接；

DC/DC模块的控制电路其工作原理是当控制电路产生的ON_OFF信号保持恒定低电平时，三极管Q2截止，C1上无电压，三极管Q1截止，DC/DC模块工作，输出电压；当主控制器产生的ON_OFF信号为交替变化的高低电平时，三极管Q2处于开关状态，变压器T1的次级线圈通过二极管D4对C1进行充电，当C1上的电压上升到高于其中β为三极管的放大倍数，V_S输入电源VCCIN的电压，V_D1为二极管D1的导通压降，V_D2为三极管Q1的发射结导通压降，三极管Q1饱和，所述三极管Q1的集电极电压低于DC/DC模块使能控制端INH的门限电压V_th，则DC/DC模块停止工作，禁止输出电压。

本实施方式中变压器T1线圈的传输比为1：n，要求初级供电压 $VCC>\frac{R3(V_S-V_{D1})}{nR1\mathrm{\β}}+\frac{V_{D2}}{n};$ 并且 $\frac{VCC}{2nr}>\frac{V_S-V_{D1}}{R1\mathrm{\β}}+\frac{R3(V_S-V_{D1})}{R1\mathrm{\β}R4}+\frac{V_{D2}}{R4},$ 其中r为变压器初级线圈的直流电阻，n为大于等1的正整数。

结合图1说明本实施方式，从星上提供的一次输入电源，经熔断器、浪涌抑制器、EMI滤波器和DC/DC模块给各负载提供供电；其中长时间工作的负载如主控制器在一次输入电源接通即可开始获得工作电压；对于短时间工作的大功率负载，可把工作时间接近的负载共用浪涌抑制器和EMI滤波器，并通过主控制器在浪涌抑制器前通过磁保持继电器的开关(如图1中的K1)对其供电进行控制；对于短时间工作的小功率负载，可共用DC/DC模块(如图1中DC/DC模块组4)，并通过主控制器在DC/DC模块后级使用磁保持继电器的开关对其供电进行控制，特别是对于工作时间不同的负载，可共用DC/DC模块通过使用磁保持继电器的开关(如图1中的K2和K3)对其进行复用。另外，除长时间工作的负载如主控制器的DC/DC模块的使能端和前级的浪涌抑制器的控制输出端相连，其余DC/DC模块的输出使能或禁止通过主控制输出的信号来控制。

本实施方式采用专用小功率DC/DC模块(如图1中的DC/DC模块组3中的DC/DC模块)对磁保持继电器线圈进行供电，保证输入电压波动大的情况下继电器也能稳定可靠工作：DC/DC模块的输入电压范围(V_{th_min}～V_{th_max})大于星上电源的电压变化范围(V_min～V_max)，V_{th_min}+2≤V_min，V_{th_max}-2≥V_max；DC/DC模块的输出电压为磁保持继电器线圈的额定电压，最大输出电流大于各磁保持继电器线圈最大电流的二倍。

本实施方式所述的星载相机供电系统，严格要求DC/DC模块前级的一次电源地和DC/DC后级的二次电源地进行隔离。由于DC/DC模块的输出使能或禁止控制信号由参考二次电源地的主控制器产生的信号产生，而DC/DC模块自身的输出使能或禁止控制端参考一次电源地，因此需要对其进行隔离控制。本发明提出采用变压器进行DC/DC模块控制端状态的隔离切换，同时采用二极管检波后控制三极管对DC/DC模块控制端进行控制。

结合图3说明本实施方式，针对现有双输出DC/DC模块输出的负电压随正负电源负载比例关系的变化而变化，提出采用两单输出正电压DC/DC模块组合形成输出稳定的正负双输出DC/DC模块。单输出DC/DC模块A的输出回线和单输出电源模块B的输出电源线作为正负双输出DC/DC模块的回线；单输出DC/DC模块A的电源线作为正负双输出DC/DC模块的正输出电源线，单输出DC/DC模块B的输出回线作为正负双输出DC/DC模块的负输出电源线。此两电源输出DC/DC模块的额定输出电压相同，而额定输出电流不同，各大于或等于负载电流的2倍。

本实施方式中，在各线路板上，为实现某功能，通常把不同的负载组合在一起，为保证各负载工作正常，负载间需要有相同的参考电位，故需要把为相连负载供电的DC/DC模块的二次电源回线进行等电位连接。根据回流面积最小原则对供电系统内部的共地进行限定，DC/DC模块的一次地和二次地完全隔离；为使各DC/DC模块间的干扰最小，等电位连接点不能在DC/DC模块输出端，应该在DC/DC模块的负载远端，而且仅连接需要等电位的回线；而且根据负载特性的不同，等电位连接方式也不同。对于大功率强干扰负载的二次供电回线，与别的负载的二次供电回线应该单点共地连接；对于高频小功率的负载之间二次供电回线则应该进行多点共地，保证回流阻抗最小；对于低频小功率负载若无电机、线圈等干扰大负载，其二次供电回线，与别的小功率负载的二次供电回线进行多点共地；对于低频小功率负载若有电机、线圈等干扰大负载，其二次供电回线，与别的小功率负载的二次供电回线进行单点共地。

本实施方式中熔断器采用BUSSMAN公司的产品；浪涌抑制器、EMI滤波器和DC/DC模块采用VPT公司的产品。

Claims (4)

1.基于变压器的星载相机供电系统，包括熔断器、浪涌抑制器、EMI滤波器和DC/DC模块组，一次输入电源经熔断器、浪涌抑制器、EMI滤波器和DC/DC模块组为相机负载供电，其特征是，通过相机负载主控制器内部的控制电路提供控制信号控制DC/DC模块组中的DC/DC模块工作，所述控制电路包括三极管Q1、三极管Q2、电容C1、二极管D4、变压器T1、电阻R3和电阻R4；所述三极管Q2的集电极与变压器T1的初级线圈的一端连接；变压器T1的初级线圈的另一端与初级供电电压VCC连接；三极管Q2的发射极与二次电源的回线O_COM连接；所述变压器T1的次级线圈的一端与一次电源回线INCOM连接，变压器T1的次级线圈的另一端与二极管D4的正极连接；二极管D4的负极同时与电阻R3、电阻R4以及电容C1的一端连接，电阻R4和电容C1的另一端与一次电源回线INCOM连接；电阻R3的另一端与三极管Q1的基极连接；三极管Q1的发射极与一次电源回线INCOM连接；三极管Q1的集电极与DC/DC模块的使能控制端INH连接；

在DC/DC模块内，二极管D1的负极与DC/DC模块的使能控制端INH连接；二极管D1的正极同时与电阻R1的一端以及二极管D2的正极连接；电阻R1的另一端与一次输出电源VCCIN连接；二极管D2的负极与稳压二极管D3的负极连接；稳压二极管D3的正极与一次电源回线INCOM连接；

所述变压器T1线圈的传输比为1：n，要求初级供电压并且式中，β为三极管Q1的放大倍数，V_S为输入电源VCCIN的电压，V_D1为二极管D1的导通压降，V_D2为三极管Q1的发射结导通压降，r为变压器初级线圈的直流电阻，n为大于等于1的正整数；

所述控制电路控制DC/DC模块的工作过程为：当控制电路产生的ON_OFF信号保持恒定低电平时，三极管Q2截止，电容C1上无电压，三极管Q1截止，DC/DC模块工作；当控制电路产生的ON_OFF信号为交替变化的高低电平时，三极管Q2处于开关状态，变压器T1的次级线圈通过二极管D4对电容C1进行充电，当电容C1上的电压上升到高于时，三极管Q1饱和，则DC/DC模块停止工作，禁止输出电压；所述三极管Q1的集电极电压低于DC/DC模块使能控制端INH的门限电压V_th。

2.根据权利要求1所述的基于变压器的星载相机供电系统，其特征在于，所述DC/DC模块的输入的电压与星上电源电压的关系为：V_{th_min}+2≤V_min，V_{th_max}-2≥V_max，V_{th_min}和V_{th_max}分别为DC/DC模块输入电压的最小值和最大值，V_min和V_max分别为星上电源电压的最小值和最大值。

3.根据权利要求1所述的基于变压器的星载相机供电系统，其特征在于，DC/DC模块的输出电压为磁保持继电器线圈的额定电压，DC/DC模块最大输出电流大于或等于磁保持继电器线圈最大电流的二倍。

4.根据权利要求1所述的基于变压器的星载相机供电系统，其特征在于，所述DC/DC模块组中的DC/DC模块组合形成不受正负电压负载比率关系影响的输出稳定的正负双输出DC/DC模块，具体组合形式为：单输出DC/DC模块A的输出回线和单输出DC/DC模块B的输出电源线作为正负双输出DC/DC模块的回线；单输出DC/DC模块A的电源线作为正负双输出DC/DC模块的正输出电源线，单输出DC/DC模块B的输出回线作为正负双输出DC/DC模块的负输出电源线。